講演抄録/キーワード |
講演名 |
2010-03-10 11:30
小脳ブレインマシンインターフェースによるモータ適応制御 片桐和真・○田中良幸・平田 豊(中部大) NC2009-121 |
抄録 |
(和) |
身体運動の制御と学習の中核は小脳が担っている.小脳皮質神経回路を構成する細胞タイプのうちPurkinje細胞は,唯一小脳外へ軸索を伸ばす出力細胞である.これまでの研究により,Purkinje細胞の発火頻度は,筋系を駆動するための運動指令をコードしていることが示されている.したがって,運動の学習はPurkinje細胞発火パターンが変化することにより実現されるものと考えられる.こうした知見は,主に動物を用いた行動実験とPurkinje細胞単一神経電位計測により得られたものである.しかし,このような実験では,神経細胞活動変化と行動変化の間の相関関係を評価できるのみであり,単一の神経細胞が運動制御や運動学習に果たす役割を直接評価することは困難である.本研究では,前庭動眼反射(VOR:Vestibulo-ocular Reflex) の運動学習機構を利用し,金魚の眼球運動制御を担う前庭小脳Purkinje細胞の単一神経活動計測を行い,ブレインマシンインターフェース(BMI) を介して直流モータを制御した.その結果,VOR運動学習に関わると考えられる記録中の単一Purkinje細胞の発火パターンが徐々に変化し,直流モータの制御誤差が適応的に減少する事を確認した.この結果は,単一の小脳Purkinje細胞が,制御対象の適応制御を実現できる事を直接的に示すものであり,このPurkinje細胞に接続する小脳神経回路網内に直流モータの逆ダイナミクスモデルが適応的に獲得される過程を反映したものと考えられる. |
(英) |
The cerebellum has been implicated to form an inverse dynamic model of a control object. Purkinje cells (PCs), the sole output cell type of the cerebellum, are thought to encode motor commands for their control object that are conformed by cerebellar synaptic plasticity to minimize errors in motor performance. Thus a question arises: Can the PCs that control a biological motor system, such as the eyes, acquire appropriate motor commands to drive a non-biological motor system, such as a direct current (DC) motor? We utilized a vestibulo-ocular reflex (VOR) motor learning scheme. Single unit recording of vestibulo-cerebellar PC's was conducted in goldfish. The desired trajectory of a DC motor was given to the fish in the form of head rotation. The PC firing rate modulated by the vestibular stimulus was converted into a pulse width modulation signal in real time to drive the DC motor. The produced DC motor trajectory was subtracted from the desired trajectory to calculate a performance error. The error signal was fed-back onto the goldfish retina as whole-field visual image motion. This activates VOR motor learning, and lets us evaluate if the PC under recording can improve the performance of the DC motor. The performance error of the DC motor under the VOR motor learning scheme was reduced adaptively. The result suggests that the cerebellum can acquire an internal model of a non-biological motor system, and a single PC is capable of adaptive motor control. |
キーワード |
(和) |
運動学習 / 前庭動眼反射 / 金魚 / / / / / |
(英) |
Motor learning / Vestibulo-ocular reflex / Goldfish / / / / / |
文献情報 |
信学技報, vol. 109, no. 461, NC2009-121, pp. 197-200, 2010年3月. |
資料番号 |
NC2009-121 |
発行日 |
2010-03-02 (NC) |
ISSN |
Print edition: ISSN 0913-5685 Online edition: ISSN 2432-6380 |
著作権に ついて |
技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します.(許諾番号:10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034) |
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NC2009-121 |